JP5511360B2 - Image display device - Google Patents

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Description

本発明は画像表示装置に関し、特に反射型の画像表示素子を用いた画像表示装置に関する。   The present invention relates to an image display device, and more particularly to an image display device using a reflective image display element.

従来の反射型の液晶パネル(画像表示素子)を用い画像表示装置は、液晶パネルに対する入射光と反射光の光路を違える必要がある。そのため、反射型の液晶パネルの入出射面側にP偏光光を透過し、S偏光光を反射する偏光ビームスプリッタが配置される。偏光ビームスプリッタの偏光分離膜の特性は、入射光の入射角度に依存する。偏光分離膜に入射する光の入射角度が45°から離れるほど偏光分離膜における漏れ光が多くなり、投射画像のコントラストが低下してしまう。漏れ光とは、液晶パネルを全画素が黒表示になるように駆動させたとき、投射レンズに入射してしまう光である。   An image display apparatus using a conventional reflective liquid crystal panel (image display element) needs to have different optical paths for incident light and reflected light with respect to the liquid crystal panel. Therefore, a polarizing beam splitter that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light is disposed on the incident / exit surface side of the reflective liquid crystal panel. The characteristics of the polarization separation film of the polarization beam splitter depend on the incident angle of incident light. As the incident angle of the light incident on the polarization separation film is further away from 45 °, the amount of leaked light in the polarization separation film increases and the contrast of the projected image decreases. Leakage light is light that enters the projection lens when the liquid crystal panel is driven so that all pixels display black.

特許文献1には、投射画像のコントラストを向上させるために、偏光ビームスプリッタの出射面側に漏れ光を遮断する検光子を配置する技術が開示されている。より詳しく説明すれば、光源から射出された光は偏光ビームスプリッタの偏光分離膜を透過し、反射型の液晶パネルへと導かれる。白表示を行う場合は液晶パネルによりP偏光光はS偏光光に変調され、再び偏光ビームスプリッタにより検光され投射レンズ側に反射される。一方、黒表示を行う場合は、P偏光は変調されずに反射され、偏光分離膜を透過し、光源側へと戻される。この黒表示を行う際に、P偏光にも関わらず投射レンズに入射してしまう漏れ光が発生する。特許文献1は偏光ビームスプリッタの出射面側に偏光板を配置することにより、漏れ光を遮断してコントラストを向上させている。   Patent Document 1 discloses a technique in which an analyzer that blocks leakage light is disposed on the exit surface side of a polarization beam splitter in order to improve the contrast of a projected image. More specifically, the light emitted from the light source passes through the polarization separation film of the polarization beam splitter and is guided to the reflective liquid crystal panel. When performing white display, the P-polarized light is modulated into S-polarized light by the liquid crystal panel, and is again detected by the polarizing beam splitter and reflected to the projection lens side. On the other hand, when performing black display, the P-polarized light is reflected without being modulated, passes through the polarization separation film, and is returned to the light source side. When this black display is performed, leakage light that enters the projection lens is generated despite the P-polarized light. In Patent Document 1, a polarizing plate is disposed on the exit surface side of the polarizing beam splitter, thereby blocking leakage light and improving contrast.

特公平3−175437号公報Japanese Patent Publication No. 3-175437

しかしながら、偏光板は透過率が低いため投射画像の明るさが低下してしまうという課題があった。
そこで本発明は、明るさの低下を抑制し、コントラストを向上させることを課題とする。
However, since the polarizing plate has low transmittance, there is a problem that the brightness of the projected image is lowered.
Therefore, an object of the present invention is to suppress a decrease in brightness and improve contrast.

上記課題を解決するために本発明は、偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する画像表示素子と、前記偏光光束を前記画像表示素子に導く照明光学系と、前記照明光学系と前記画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタと、投射面に前記画像表示素子により表示された画像を投射する投射光学系を取り付ける取り付け部とを有し、前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の光路と前記偏光分離膜が成す角度が45°未満であることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides an image display element that displays an image by controlling a polarization state of a polarized light beam, an illumination optical system that guides the polarized light beam to the image display element, and the illumination optical system. A polarizing beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the image display element and an image displayed on the projection surface by the image display element A projection optical system that attaches the projection optical system, and emits from the center of the image display element in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element. The angle formed between the optical path of the light ray incident on the intersection of the optical surface closest to the image display element and the optical axis of the projection optical system and the polarization separation film is less than 45 °.

本発明の効果は、高コントラストな画像表示装置を提供すること可能な点にある。   The effect of the present invention is that a high-contrast image display apparatus can be provided.

本発明の画像表示装置の第1実施形態を示す図The figure which shows 1st Embodiment of the image display apparatus of this invention. 偏光ビームスプリッタおよび画像表示素子周辺の拡大図Enlarged view around the polarizing beam splitter and image display device 偏光分離膜に対する光の入射角度と偏光分離膜の特性の関係を示す図The figure which shows the relationship between the incident angle of light with respect to the polarization separation film and the characteristics of the polarization separation film 偏光ビームスプリッタの漏れ光の説明図Explanatory drawing of leaking light from polarizing beam splitter 第1実施形態における偏光分離膜の漏れ光の角度分布の模式図Schematic diagram of the angular distribution of leakage light of the polarization separation film in the first embodiment 投射レンズが取り込むことができる光量とその角度分布の模式図Schematic diagram of the amount of light that the projection lens can capture and its angular distribution 本発明の画像表示装置の第2実施形態の断面図Sectional drawing of 2nd Embodiment of the image display apparatus of this invention. 第2実施形態における偏光分離膜の漏れ光の角度分布の模式図Schematic diagram of angular distribution of leakage light of polarization separation film in the second embodiment 本発明の画像表示装置の第3の実施形態を示す図The figure which shows 3rd Embodiment of the image display apparatus of this invention.

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1に画像表示装置の第1の実施形態の構成図を示す。図中の1は光源、2は光源1からの光を所定の方向に反射するリフレクタである。本実施形態では放物面リフレクタを用いている。3aはパネルと相似形状の矩形レンズをマトリクス状に配置した第1のフライアイレンズ、3bは第1フライアイレンズ3aの個々のレンズに対応するレンズを有する第2のフライアイレンズである。4は光源からの非偏光を直線偏光にそろえる偏光変換素子、5a、5bはコンデンサレンズ、6は反射ミラーである。7は偏光ビームスプリッタ、8は偏光ビームスプリッタ7の偏光分離膜、9は入射光の偏光状態を制御することにより画像を表示する反射型の液晶パネル(画像表示素子)、10は投射レンズ(投射光学系)、11はスクリーン(投射面)である。投射レンズは画像表示装置本体にある取り付け口(取り付け部)に取り付けられる。線分Lは画像表示素子の中心から射出し、投射レンズ10の光軸と投射レンズ(投射光学系)内における照明光学系に最も近い光学面が交わる点に到達する光線の光路である。その光路Lと偏光ビームスプリッタ7の偏光分離膜8が成す角度が45°未満になるよう投射レンズが配置されている。投射光学系内のおける照明光学系に最も光学要素、とは例えば投射レンズの最も液晶パネル側のレンズである。偏光ビームスプリッタ7の屈折率nは1.6より大きいものを用い、本実施形態の偏光ビームスプリッタの屈折率nは1.8である。画像表示素子の中心から射出し、投射レンズ10の光軸と投射レンズ内における照明光学系に最も近い光学面が交わる点とは、投射レンズの中の最も縮小側の光学面の面頂点である。また、液晶パネルの中心から該液晶パネルに垂直に出射する光線の偏光分離膜に対する入射角は45°である。図1の一点鎖線は、コンデンサレンズ5aの光軸、あるいは投射レンズの光軸を表す。反射ミラー6から液晶パネル9に至るまでの一点鎖線は、液晶パネルの法線であって、偏光分離膜8の略中心を通る線を表す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a first embodiment of an image display apparatus. In the figure, 1 is a light source, and 2 is a reflector that reflects light from the light source 1 in a predetermined direction. In the present embodiment, a parabolic reflector is used. 3a is a first fly-eye lens in which rectangular lenses similar in shape to the panel are arranged in a matrix, and 3b is a second fly-eye lens having lenses corresponding to the individual lenses of the first fly-eye lens 3a. 4 is a polarization conversion element that aligns non-polarized light from the light source with linearly polarized light, 5a and 5b are condenser lenses, and 6 is a reflecting mirror. 7 is a polarization beam splitter, 8 is a polarization separation film of the polarization beam splitter 7, 9 is a reflective liquid crystal panel (image display element) that displays an image by controlling the polarization state of incident light, and 10 is a projection lens (projection). An optical system) 11 is a screen (projection surface). The projection lens is attached to an attachment port (attachment portion) in the image display apparatus main body. A line segment L is an optical path of a light beam that is emitted from the center of the image display element and reaches the point where the optical axis of the projection lens 10 and the optical surface closest to the illumination optical system in the projection lens (projection optical system) intersect. The projection lens is arranged so that the angle formed by the optical path L and the polarization separation film 8 of the polarization beam splitter 7 is less than 45 °. The most optical element in the illumination optical system in the projection optical system is, for example, the lens closest to the liquid crystal panel of the projection lens. The refractive index n of the polarizing beam splitter 7 is larger than 1.6, and the refractive index n of the polarizing beam splitter of this embodiment is 1.8. The point at which the optical axis of the projection lens 10 exits from the center of the image display element and the optical surface closest to the illumination optical system in the projection lens intersects is the surface vertex of the optical surface closest to the reduction side in the projection lens. . Further, the incident angle of the light emitted perpendicularly to the liquid crystal panel from the center of the liquid crystal panel with respect to the polarization separation film is 45 °. 1 represents the optical axis of the condenser lens 5a or the optical axis of the projection lens. A one-dot chain line from the reflection mirror 6 to the liquid crystal panel 9 is a normal line of the liquid crystal panel and represents a line passing through the approximate center of the polarization separation film 8.

光源1から射出された光は、リフレクタ2で反射され略平行光となり射出され、第1のフライアイレンズ3aに入射し、第1のフライアイレンズを形成する個々のレンズにより複数の光束に分離される。分割された複数の光束は第2のフライアイレンズ3bを透過し、偏光変換素子4に入射する。偏光変換素子4は偏光分離膜を有する小さな偏光ビームスプリッタ(小偏光ビームスプリッタ)を複数並べ、該偏光ビームスプリッタの射出面に一つおきに半波長板を配した構造をしている。偏光変換素子4に入射した非偏光はP偏光(偏光光束)に揃えられ、射出される。S偏光に揃えたい場合はP偏光の射出側に半波長板を配置してS偏光にそろえても良い。その場合、液晶パネル9の位置は偏光ビームスプリッタ7の入射光が反射する側に配置される。ここでP偏光およびS偏光は偏光変換素子4の小偏光ビームスプリッタではなく液晶パネル(画像表示素子)9に隣接する偏光ビームスプリッタ7の偏光分離膜8に対して規定している。偏光変換素子4でP偏光に揃えられた光は、コンデンサレンズ5a、5bにより収斂されつつ反射ミラー6へ導かれる。光源1からコンデンサレンズ5a、5bまでを照明光学系とし、この照明光学系は液晶パネルを均一に照明するケーラー照明である。   The light emitted from the light source 1 is reflected by the reflector 2 to become substantially parallel light, is incident on the first fly-eye lens 3a, and is separated into a plurality of light beams by individual lenses forming the first fly-eye lens. Is done. The plurality of divided light beams pass through the second fly-eye lens 3 b and enter the polarization conversion element 4. The polarization conversion element 4 has a structure in which a plurality of small polarization beam splitters (small polarization beam splitters) each having a polarization separation film are arranged, and every other half-wave plate is disposed on the exit surface of the polarization beam splitter. Non-polarized light incident on the polarization conversion element 4 is aligned with P-polarized light (polarized light beam) and emitted. If it is desired to align with S-polarized light, a half-wave plate may be arranged on the exit side of P-polarized light to align with S-polarized light. In that case, the position of the liquid crystal panel 9 is arranged on the side where the incident light of the polarization beam splitter 7 is reflected. Here, the P-polarized light and the S-polarized light are defined not for the small polarization beam splitter of the polarization conversion element 4 but for the polarization separation film 8 of the polarization beam splitter 7 adjacent to the liquid crystal panel (image display element) 9. The light aligned with the P-polarized light by the polarization conversion element 4 is guided to the reflection mirror 6 while being converged by the condenser lenses 5a and 5b. The light source 1 to the condenser lenses 5a and 5b serve as an illumination optical system, and this illumination optical system is Koehler illumination that uniformly illuminates the liquid crystal panel.

コンデンサレンズ5a、5bを出射した収斂光は反射ミラー6を反射し、偏光ビームスプリッタ7に入射する。P偏光は偏光ビームスプリッタ7の偏光分離膜8を透過し、液晶パネル9を照明する。液晶パネル9により入射光は変調され、偏光ビームスプリッタを反射し、投射レンズ10によりスクリーン11に投射される。図のZ軸は投射レンズの光軸と平行な軸であり、スクリーンに向かう方向を+Z方向とする。X軸はZ軸と偏光分離膜8の法線を含む面に垂直な軸であり、紙面裏から表に向かう方向を+X方向とする。Y軸はX軸およびZ軸に垂直な軸であり、紙面下から上に向かう方向を+Y方向とする。   The convergent light emitted from the condenser lenses 5 a and 5 b is reflected by the reflecting mirror 6 and enters the polarizing beam splitter 7. The P-polarized light passes through the polarization separation film 8 of the polarization beam splitter 7 and illuminates the liquid crystal panel 9. Incident light is modulated by the liquid crystal panel 9, reflected by the polarization beam splitter, and projected onto the screen 11 by the projection lens 10. The Z axis in the figure is an axis parallel to the optical axis of the projection lens, and the direction toward the screen is the + Z direction. The X axis is an axis perpendicular to the plane including the Z axis and the normal line of the polarization separation film 8, and the direction from the back to the front of the paper is the + X direction. The Y axis is an axis perpendicular to the X axis and the Z axis, and the direction from the bottom to the top of the paper is defined as the + Y direction.

図2に、図1偏光ビームスプリッタ7及び液晶パネル9周辺の拡大図を示す。光路L(図2の実線)と偏光分離膜8の成す角θは45°未満である。また、破線の矢印は、黒表示を行う際の光線である。反射ミラーにより反射されたP偏光光は偏光分離膜8を透過し、液晶パネル9に入射する。入射したP偏光光は、黒表示のされる場合にはその偏光方向は変換されずP偏光のまま反射され、再び偏光分離膜8を透過して光源側に戻る。ほとんどの光は光源側へと戻されるが、偏光分離膜の特性上、P偏光にもかかわらず偏光分離膜を反射して投射レンズ側へと入射する光がある。   FIG. 2 shows an enlarged view around the polarizing beam splitter 7 and the liquid crystal panel 9 of FIG. The angle θ formed by the optical path L (solid line in FIG. 2) and the polarization separation film 8 is less than 45 °. A broken arrow is a light beam for black display. The P-polarized light reflected by the reflection mirror passes through the polarization separation film 8 and enters the liquid crystal panel 9. The incident P-polarized light is reflected in the P-polarized state without being changed in the polarization direction when black display is performed, passes through the polarization separation film 8 again, and returns to the light source side. Most of the light is returned to the light source side, but due to the characteristics of the polarization separation film, there is light that is reflected by the polarization separation film and incident on the projection lens side regardless of the P-polarized light.

図3(a)はXY断面(X方向)において、偏光分離膜8への入射光の入射角度の変化に対する偏光分離膜特性の変化を示したグラフである。図3(b)はYZ断面(Y方向)において、偏光分離膜8への入射光の入射角度の変化に対する偏光分離膜特性の変化を示しグラフである。横軸は波長(nm)、縦軸RpはP偏光の反射率(%)である。ここでは、Rpが小さいほど消光比が高く、偏光分離膜の特性が良いことを表している。グラフの実線は偏光分離膜に対して45°で入射する光線に対する偏光分離膜の特性を表す。グラフの破線は45°よりも約5°小さい角度で入射する光線に対する偏光分離膜の特性を表す。一点鎖線は45°よりも約5°大きい角度で入射する光線に対する偏光分離膜の特性を表す。また図3(a)(b)の特性の偏光分離膜は、画像表示装置に使用される光源のスペクトルの中でも最も比視感度が高い緑波長域500から580(nm)の帯域において性能を満たすよう設計されている。   FIG. 3A is a graph showing changes in the polarization separation film characteristics with respect to changes in the incident angle of the incident light on the polarization separation film 8 in the XY cross section (X direction). FIG. 3B is a graph showing changes in the polarization separation film characteristics with respect to changes in the incident angle of the incident light on the polarization separation film 8 in the YZ cross section (Y direction). The horizontal axis represents wavelength (nm), and the vertical axis Rp represents the reflectance (%) of P-polarized light. Here, the smaller the Rp, the higher the extinction ratio and the better the characteristics of the polarization separation film. The solid line in the graph represents the characteristics of the polarization separation film with respect to light rays incident on the polarization separation film at 45 °. The broken line in the graph represents the characteristics of the polarization separation film with respect to light rays incident at an angle of about 5 ° smaller than 45 °. The alternate long and short dash line represents the property of the polarization splitting film with respect to a light ray incident at an angle approximately 5 ° larger than 45 °. Also, the polarization separation film having the characteristics shown in FIGS. 3A and 3B satisfies the performance in the green wavelength range 500 to 580 (nm), which has the highest relative visibility in the spectrum of the light source used in the image display device. It is designed as follows.

図3(a)(b)から、偏光分離膜8の法線に対して45°で入射する光線を基準として同じ角度だけ光線の入射角度を変化させた場合では、YZ断面において入射角度を変化させた場合のほうが偏光分離膜の特性の変動が大きいことがわかる。つまり、偏光分離膜はYZ断面(Y方向)における入射角度の変化に対する特性に比べ、XY断面(X方向)におけるの入射角度の変化に対する特性が良いことがわかる。   3A and 3B, when the incident angle of the light beam is changed by the same angle with respect to the light beam incident at 45 ° with respect to the normal line of the polarization separation film 8, the incident angle is changed in the YZ section. It can be seen that the variation in the characteristics of the polarization splitting film is larger when it is used. That is, it can be seen that the polarization separation film has better characteristics with respect to changes in the incident angle in the XY section (X direction) than characteristics with respect to changes in the incident angle in the YZ section (Y direction).

さらに、図3(b)のYZ断面の角度変化に着目する。YZ断面において、入射角度を+5°と−5°角度を変化させた場合を比較すると、特性の変化の様子が図3(a)とは異なることがわかる。これは、偏光分離膜の法線に対して45°で入射する光線が通る膜厚を基準とすると、光線の入射角度がY方向に+5°変化すると入射する光線が通る膜厚は厚く(長く)なり、−5°変化すると薄く(短く)なるからである。さらにグラフのピークの位置(図3(b)の矢印)が、入射角度が45+5°では短波長側に、45−5°では長波長側にシフトしていることが分かる。一般的に光学膜の特性は、光線が通る膜の厚みが短くなると長波長側に、長くなると短波長側にシフトすることが知られている。このことから、緑の波長域の光(500〜580nm)が入射する場合、その入射角が45+α°のほうが45−α°に比べ漏れ光が少ない。図4に、図2の断面において漏れ光の多い、少ないを分かりやすくするための図を示す。図4に示したように、液晶パネル9のある点から広がりをもって反射された光(P偏光)の漏れ光の量は、偏光ビームスプリッタ7の出射面において+Y方向が少なく、−Y方向は多くなる。   Further, attention is paid to the change in the angle of the YZ section in FIG. In the YZ cross section, when the incident angle is changed between + 5 ° and −5 °, it can be seen that the change in characteristics is different from that in FIG. This is based on the film thickness through which the incident light beam passes at 45 ° with respect to the normal line of the polarization splitting film. When the incident angle of the light beam changes by + 5 ° in the Y direction, the film thickness through which the incident light beam passes increases (longer). This is because when it changes by −5 °, it becomes thinner (shorter). Further, it can be seen that the peak position of the graph (arrow in FIG. 3B) is shifted to the short wavelength side when the incident angle is 45 + 5 °, and to the long wavelength side when 45-5 °. In general, it is known that the characteristics of an optical film shift to the long wavelength side when the thickness of the film through which the light passes decreases and to the short wavelength side when it increases. For this reason, when light in the green wavelength region (500 to 580 nm) is incident, the amount of leakage light is smaller when the incident angle is 45 + α ° than when 45-α °. FIG. 4 is a diagram for making it easy to understand whether there is much or little leakage light in the cross section of FIG. As shown in FIG. 4, the amount of leakage light of light (P-polarized light) reflected from a certain point of the liquid crystal panel 9 is small in the + Y direction and large in the −Y direction on the exit surface of the polarization beam splitter 7. Become.

さらに図5に、投射画像が全黒表示になるように液晶パネル9を駆動した場合のXY断面における偏光分離膜に入射する光線の入射角度と漏れ光の分布を模式図に示す。座標軸は偏光分離膜8に対する入射角度を表し、中心は45°からの角度のずれが0°であることを表す。色が薄い部分ほど漏れ光が少なく、色が濃い部分ほど漏れ光が多い。図中の座標軸は図1から4の座標軸と対応しているので説明は割愛する。図3においても説明したが、図5で表されるようにコントラストを低下させる原因となる漏れ光は、X方向には対称になるが、Y方向には非対称であり、特に−Y方向において漏れ光が多くなる。図5に示したような漏れ光の角度分布は、実際の画像表示装置において全黒画像を表示し、さらに投射レンズを除いて画像表示素子からの光線を直接スクリーン上で観測することにより確認することができる。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the incident angle of light rays incident on the polarization separation film and the distribution of leakage light in the XY section when the liquid crystal panel 9 is driven so that the projected image is displayed in all black. The coordinate axis represents the incident angle with respect to the polarization separating film 8, and the center represents that the angle deviation from 45 ° is 0 °. The lighter the part, the less light leaks, and the darker the part, the more light leaks. The coordinate axes in the figure correspond to the coordinate axes in FIGS. As described with reference to FIG. 3, as shown in FIG. 5, the leakage light that causes a decrease in contrast is symmetric in the X direction but asymmetric in the Y direction, and particularly leaks in the −Y direction. More light. The angle distribution of leakage light as shown in FIG. 5 is confirmed by displaying an all-black image on an actual image display device and directly observing light rays from the image display element on the screen except for the projection lens. be able to.

次に、投射レンズ10の取り込む事ができる光線の角度分布について説明する。液晶パネル9から発散して投射レンズに向かう光が、投射レンズを介してスクリーンに到達するまでの経路に注目する。投射レンズの光軸中心に対応する点、つまり図1では液晶パネルの中心から発散する光線は、投射レンズのFナンバーで規定される角度成分が全て取り込まれる。しかし、投射レンズの光軸中心に対応する点から離れた点から発散する光線は、投射レンズのビネッティングにより一部の角度成分が遮断される。ビネッティングとは、入射光束の角度が投射レンズの光軸に対して斜めであればある程、レンズの大きさや厚みに起因して入射光束が絞り全体を通過しなくなることである。一般的に、画像表示装置(プロジェクタ)の投射レンズは、その投影方向を斜めにして使われるのが一般的である。図1に示した構成も斜め上方向に画像を投射している。斜め方向に画像を投射すると、ビネッティングにより投射レンズが取り込むことが可能な光線の角度分布もY方向に非対称になる。参考として、図6に光量分布が略均一な光束が投射レンズに入射する場合、図1の配置によって投射レンズが取り込むことができる光量と、その角度分布の模式図を示した。+Y方向にはビネッティングの影響が少なく取り込むことができる光量の損失が少ないことが分かる。逆に−Y方向にはビネッティングの影響により取り込むことができる光量が少ない。   Next, the angular distribution of light rays that can be captured by the projection lens 10 will be described. Attention is paid to the path from the light that diverges from the liquid crystal panel 9 to the projection lens reaches the screen via the projection lens. The point corresponding to the center of the optical axis of the projection lens, that is, the light beam diverging from the center of the liquid crystal panel in FIG. 1, takes in all the angle components defined by the F number of the projection lens. However, a part of the angle component of the light beam diverging from a point away from the point corresponding to the optical axis center of the projection lens is blocked by the vignetting of the projection lens. Vignetting means that the more the angle of the incident light beam is oblique to the optical axis of the projection lens, the less the incident light beam passes through the entire stop due to the size and thickness of the lens. Generally, the projection lens of an image display device (projector) is generally used with its projection direction inclined. The configuration shown in FIG. 1 also projects an image obliquely upward. When an image is projected in an oblique direction, the angular distribution of rays that can be captured by the projection lens by vignetting also becomes asymmetric in the Y direction. For reference, FIG. 6 shows a schematic diagram of the amount of light that can be taken in by the projection lens and the angular distribution when the light beam having a substantially uniform light amount distribution is incident on the projection lens. It can be seen that there is little loss of the amount of light that can be taken in in the + Y direction with little influence of vignetting. Conversely, the amount of light that can be captured in the −Y direction is small due to the effect of vignetting.

本発明は図5で示した偏光分離膜の特性による漏れ光の角度分布を鑑み、画像表示素子に対する投射レンズの配置を行う。つまり、液晶パネルから射出し、投射レンズの光軸と投射レンズ内における照明光学系に最も近い光学面が交わる点に到達する光線の光路をLとする。その光路Lと偏光ビームスプリッタ7の偏光分離膜8が成す角度が45°未満になるよう投射レンズが配置されている。言い換えれば、投射レンズの光軸、あるいは投射レンズの取り付け口(取り付け部)の中心を通る軸が、偏光分離膜に対して45°を成す線であって且つ投射レンズの光軸に平行な線と、照明光学系の光軸との間にくるよう投射レンズが配置されている。言い換えれば、投射レンズの光軸は、偏光分離膜に対して45°を成す線であって且つ照明光学系の光軸に平行な線とは一致しないよう配置されている。   In the present invention, the projection lens is arranged with respect to the image display element in view of the angular distribution of leaked light due to the characteristics of the polarization separation film shown in FIG. That is, let L be the optical path of a light beam that is emitted from the liquid crystal panel and reaches the point where the optical axis of the projection lens and the optical surface closest to the illumination optical system in the projection lens intersect. The projection lens is arranged so that the angle formed by the optical path L and the polarization separation film 8 of the polarization beam splitter 7 is less than 45 °. In other words, the optical axis of the projection lens or the axis passing through the center of the projection lens attachment port (attachment part) is a line that forms 45 ° with respect to the polarization separation film and is parallel to the optical axis of the projection lens. And a projection lens arranged between the illumination optical system and the optical axis of the illumination optical system. In other words, the optical axis of the projection lens is arranged so as to be 45 ° with respect to the polarization separation film and not coincide with the line parallel to the optical axis of the illumination optical system.

本発明は、投射レンズの光軸(投射レンズの取り付け口)が漏れ光の少ない側にシフトしているので、偏光分離膜で発生する漏れ光を投射レンズ内部のビネッティングの影響を利用して効果的に遮断することができる。これにより、投射画像に含まれる漏れ光が低減され、投射画像のコントラストが向上する。   In the present invention, since the optical axis of the projection lens (projection lens mounting port) is shifted to the side with less leakage light, the leakage light generated in the polarization separation film is utilized by the effect of vignetting inside the projection lens. It can be effectively blocked. Thereby, the leakage light contained in a projection image is reduced and the contrast of a projection image improves.

(実施形態2)
図7(a)(b)は本発明の画像表示装置の第2の実施形態を示す図である。実施形態1と異なる点は、照明光学系において、照明光学系の光軸を含み互いに直交する第1の断面(XZ断面)と第2の断面(YZ断面)でそれぞれ光束を圧縮する機能を設けた点である。図7(a)は実施形態2の画像表示装置をXZ断面から見た図、図7(b)は実施形態2の画像表示装置をYZ断面から見た図である。
(Embodiment 2)
FIGS. 7A and 7B are views showing a second embodiment of the image display device of the present invention. The difference from the first embodiment is that the illumination optical system has a function of compressing the light beam in the first cross section (XZ cross section) and the second cross section (YZ cross section) that include the optical axis of the illumination optical system and are orthogonal to each other. It is a point. FIG. 7A is a diagram of the image display device according to the second embodiment as viewed from the XZ cross section, and FIG. 7B is a diagram of the image display device according to the second embodiment as viewed from the YZ cross section.

図7(a)、(b)の1は光源、2は光源1からの光を所定の方向に反射するリフレクタ、12は凸レンズ(正レンズ)である。13は凹シリンドリカルレンズ(X方向に負の屈折力があり、Y方向に屈折力を持たないレンズ)、14は凹シリンドリカルレンズ(X方向に屈折力を持たず、Y方向に負の屈折力を有するレンズ)である。言い換えれば、13は第1の負のシリンドリカルレンズ、14は第2の負のシリンドリカルレンズである。3aはパネルと相似形状の矩形レンズをマトリクス状に配置した第1のフライアイレンズ、3bは3aの個々のレンズに対応するレンズを有する第2のフライアイレンズである。4は光源からの非偏光光を直線偏光にそろえる役割を持った偏光変換素子である。5a、5bはコンデンサレンズ、6は反射ミラー、7は偏光ビームスプリッタ、8は偏光分離膜、9は反射型の液晶パネル(画像表示素子)、10は投射レンズ、11は投影画面(スクリーン)である。尚、コンデンサレンズ5a、5bは1枚の凸レンズであってもよい。本実施形態では光源として高圧水銀ランプ、リフレクタとして放物面鏡を用いている。実施形態1と同様に、画像表示装置本体には投射レンズを取り付ける取り付け口があり、その取り付け口に投射レンズが取り付けられる。   7A and 7B, 1 is a light source, 2 is a reflector that reflects light from the light source 1 in a predetermined direction, and 12 is a convex lens (positive lens). Reference numeral 13 denotes a concave cylindrical lens (a lens having negative refractive power in the X direction and no refractive power in the Y direction), and reference numeral 14 is a concave cylindrical lens (having no refractive power in the X direction and negative refractive power in the Y direction). Lens). In other words, 13 is a first negative cylindrical lens, and 14 is a second negative cylindrical lens. 3a is a first fly-eye lens in which rectangular lenses similar in shape to the panel are arranged in a matrix, and 3b is a second fly-eye lens having lenses corresponding to the individual lenses in 3a. Reference numeral 4 denotes a polarization conversion element having a role of aligning non-polarized light from the light source with linearly polarized light. 5a and 5b are condenser lenses, 6 is a reflection mirror, 7 is a polarization beam splitter, 8 is a polarization separation film, 9 is a reflective liquid crystal panel (image display element), 10 is a projection lens, and 11 is a projection screen (screen). is there. The condenser lenses 5a and 5b may be a single convex lens. In this embodiment, a high-pressure mercury lamp is used as the light source, and a parabolic mirror is used as the reflector. As in the first embodiment, the image display apparatus main body has an attachment port for attaching the projection lens, and the projection lens is attached to the attachment port.

光源1から射出された光は、リフレクタ2で集光され、凸レンズ12に入射する。凸レンズ12により収斂され凹シリンドリカルレンズ13に入射する。図6(a)の断面において、凸レンズ12と凹シリンドリカルレンズ13(負のシリンドリカルレンズ)によりX方向により略平行光として射出される。第1フライアイレンズ3aに入射される光線は第1のフライアイレンズを形成する個々のレンズにより、複数の光束に分離される。第1のフライアイレンズ3aを通過した光は、図7(b)の断面において、凸レンズ12と第2のフライアイレンズ3bの前面に位置する凹シリンドリカルレンズ14により略平行光として射出される。XZ断面、YZ断面においてそれぞれ圧縮された光束は、第2のフライアイレンズ3bを通過し、偏光変換素子4に入射する。偏光変換素子4でP偏光に揃えられた光は、コンデンサレンズ5a、5bにより収斂され、反射ミラー6により反射され,偏光ビームスプリッタ7に入射する。偏光ビームスプリッタ7に入射した光は偏光分離膜8を透過して、液晶パネル9を照明する。白表示を行う場合、液晶パネル9はP偏光光をS偏光光に変調する。液晶パネル9により変調された光は偏光ビームスプリッタの偏光分離膜8を反射し、投射レンズ10によりスクリーン11に投射される。黒表示を行う場合は、液晶パネル9はP偏光光の偏光方向を変換せずに反射する。液晶パネル9により反射された光は偏光分離膜8を透過して光源側に戻される。実施形態2の照明光学系も光源と第2フライアイレンズを共役な位置、第1フライアイレンズと液晶パネルを互いに共役な位置に配置することで、ケーラー照明を行っている。   The light emitted from the light source 1 is collected by the reflector 2 and enters the convex lens 12. The light is converged by the convex lens 12 and is incident on the concave cylindrical lens 13. In the cross section of FIG. 6A, the light is emitted as substantially parallel light in the X direction by the convex lens 12 and the concave cylindrical lens 13 (negative cylindrical lens). The light rays incident on the first fly-eye lens 3a are separated into a plurality of light beams by the individual lenses forming the first fly-eye lens. The light that has passed through the first fly-eye lens 3a is emitted as substantially parallel light by the convex lens 12 and the concave cylindrical lens 14 positioned in front of the second fly-eye lens 3b in the cross section of FIG. 7B. The light beams compressed in the XZ cross section and the YZ cross section pass through the second fly-eye lens 3 b and enter the polarization conversion element 4. The light aligned with the P-polarized light by the polarization conversion element 4 is converged by the condenser lenses 5 a and 5 b, reflected by the reflection mirror 6, and incident on the polarization beam splitter 7. The light incident on the polarization beam splitter 7 passes through the polarization separation film 8 and illuminates the liquid crystal panel 9. When performing white display, the liquid crystal panel 9 modulates P-polarized light into S-polarized light. The light modulated by the liquid crystal panel 9 is reflected by the polarization separation film 8 of the polarization beam splitter and projected onto the screen 11 by the projection lens 10. When black display is performed, the liquid crystal panel 9 reflects the polarization direction of the P-polarized light without converting it. The light reflected by the liquid crystal panel 9 passes through the polarization separation film 8 and is returned to the light source side. The illumination optical system according to the second embodiment also performs Koehler illumination by arranging the light source and the second fly-eye lens at a conjugate position, and arranging the first fly-eye lens and the liquid crystal panel at a conjugate position.

本実施形態においても液晶パネルから反射する光線が偏光ビームスプリッタの偏光分離膜に入射する角度の変化に応じて、偏光分離特性の変動が生じコントラストを低下させる漏れ光が発生する。液晶パネルにおいて全黒画像に対応する偏光状態に光線を変調した場合の、偏光分離膜における漏れ光の角度分布の模式図を図8に示す。座標軸は偏光分離膜8に対する入射角度を表し、中心は45°からの角度のずれが0°であることを表す。色が薄い部分ほど漏れ光が少なく、色が濃い部分ほど漏れ光が多い。図中の座標軸は図7の座標軸と対応しているので説明は割愛する。本実施形態はX方向とY方向で光束を独立に圧縮しており、実施形態1よりもY方向の光束の圧縮率が高い。   Also in the present embodiment, according to a change in the angle at which the light beam reflected from the liquid crystal panel enters the polarization separation film of the polarization beam splitter, the polarization separation characteristic varies, and leakage light that lowers the contrast is generated. FIG. 8 shows a schematic diagram of the angular distribution of leakage light in the polarization separation film when the light beam is modulated into a polarization state corresponding to the all black image in the liquid crystal panel. The coordinate axis represents the incident angle with respect to the polarization separating film 8, and the center represents that the angle deviation from 45 ° is 0 °. The lighter the part, the less light leaks, and the darker the part, the more light leaks. The coordinate axes in the figure correspond to the coordinate axes in FIG. In this embodiment, the light beam is compressed independently in the X direction and the Y direction, and the compression rate of the light beam in the Y direction is higher than that in the first embodiment.

また、実施形態1と同様に、液晶パネルの中心から射出し、投射レンズ10の光軸と投射レンズ内における照明光学系に最も近い光学面が交わる点に到達する光線の光路をLとする。その光路LとYZ面上の偏光分離膜の膜境界線が成す角度eが45°未満になるようにしている。従って、−Y方向の漏れ光を投射レンズ内部のビネッティングの影響で効果的に遮断できる。よって、漏れ光をカットするための偏光板等を挿入することなくコントラストを向上させることができる。   Similarly to the first embodiment, the light path of the light beam that is emitted from the center of the liquid crystal panel and reaches the point where the optical axis of the projection lens 10 and the optical surface closest to the illumination optical system in the projection lens intersect is L. The angle e formed between the optical path L and the film boundary line of the polarization separation film on the YZ plane is set to be less than 45 °. Therefore, leakage light in the −Y direction can be effectively blocked by the influence of vignetting inside the projection lens. Therefore, the contrast can be improved without inserting a polarizing plate or the like for cutting the leaked light.

本発明のその他の効果として、X方向、Y方向の圧縮率を異ならせ、Y方向により強く圧縮することで、偏光分離膜の特性の変動が大きいY方向において偏光分離膜への入射角度の広がりが小さくすることができる。これにより、X、Y方向の光束を同じだけ圧縮した場合に比べ漏れ光が少なくなる。本明細書での圧縮とは略アフォーカルな光学系を出射後の光束の幅を入射前の光束の幅よりも小さくすることであり、圧縮率とはその率である。   As another effect of the present invention, by changing the compressibility in the X direction and the Y direction and compressing more strongly in the Y direction, the incident angle to the polarization separation film is widened in the Y direction where the fluctuation of the characteristics of the polarization separation film is large. Can be made smaller. As a result, the amount of leakage light is reduced as compared with the case where the light beams in the X and Y directions are compressed by the same amount. In this specification, compression is to make the width of the light beam after exiting a substantially afocal optical system smaller than the width of the light beam before incidence, and the compression rate is that rate.

(実施形態3)
図9は本発明の画像表示装置の第3の実施形態を示す図である。図1と異なる部分についてのみ説明する。偏光変換素子4は入射した光の偏光方向をP偏光に揃える。15はダイクロイックミラー(色分離素子)、16は波長選択性位相板であり、赤の波長帯域の光のみに作用し、その偏光方向を90°回転させる素子ある。19は赤用の反射型液晶パネル(第1の画像表示素子)、20は緑用の反射型液晶パネル(第2の画像表示素子)、21は青用の反射型液晶パネル(第3の画像表示素子)である。22は緑の波長帯域の光を反射し、赤及び青の波長帯域の光を透過する合成プリズム(合成素子)である。図9の一点鎖線は、コンデンサレンズ5aの光軸、あるいは投射レンズの光軸を表す。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a diagram showing a third embodiment of the image display apparatus of the present invention. Only parts different from FIG. 1 will be described. The polarization conversion element 4 aligns the polarization direction of the incident light with P-polarized light. Reference numeral 15 denotes a dichroic mirror (color separation element), and reference numeral 16 denotes a wavelength selective phase plate, which is an element that acts only on light in the red wavelength band and rotates its polarization direction by 90 °. 19 is a reflective liquid crystal panel for red (first image display element), 20 is a reflective liquid crystal panel for green (second image display element), and 21 is a reflective liquid crystal panel for blue (third image). Display element). Reference numeral 22 denotes a synthesis prism (synthesis element) that reflects light in the green wavelength band and transmits light in the red and blue wavelength bands. 9 represents the optical axis of the condenser lens 5a or the optical axis of the projection lens.

コンデンサレンズ5bを出射した光束は、ダイクロイックミラー15に入射する。ダイクロイックミラー15は入射光のうち、緑の波長帯域の光(第1の色光)のみを透過し、青帯域、赤帯域の光(第2、第3の色光)を反射する。緑帯域の光は偏光ビームスプリッタ17(第1の偏光ビームスプリッタ)で検光され、緑用の液晶パネル20を照明する。緑用の液晶パネル20にてS偏光に変換された光は、偏光ビームスプリッタ17を反射し、合成プリズム22を反射し、投射レンズにより投射面に投射される。液晶パネル9により偏光方向が変換されなかった光は、再び偏光ビームスプリッタ17を透過し、投射レンズ側に戻される。   The light beam emitted from the condenser lens 5 b enters the dichroic mirror 15. Of the incident light, the dichroic mirror 15 transmits only light in the green wavelength band (first color light), and reflects light in the blue band and red band (second and third color lights). The light in the green band is analyzed by the polarization beam splitter 17 (first polarization beam splitter), and illuminates the liquid crystal panel 20 for green. The light converted to S-polarized light by the green liquid crystal panel 20 reflects the polarization beam splitter 17, reflects the combining prism 22, and is projected onto the projection surface by the projection lens. The light whose polarization direction has not been converted by the liquid crystal panel 9 passes through the polarization beam splitter 17 again and is returned to the projection lens side.

ダイクロイックミラー15で反射された赤帯域、青帯域の光は波長選択性位相板16を通過する。波長選択性位相板16は赤帯域の光のみに作用し、その偏光方向を90°回転させ、S偏光にする。S偏光光に変換された赤帯域の光は偏光ビームスプリッタ18(第2の偏光ビームスプリッタ)の偏光分離膜を反射し、赤用の液晶パネル19に入射する。液晶パネル19によりP偏光光に変換された赤帯域の光は偏光ビームスプリッタ18、合成プリズム22を透過した後、投射レンズ10により投射面に投射される。液晶パネル19により変換されなかった赤帯域のS偏光光は偏光ビームスプリッタ18の偏光分離膜を反射し、光源側に戻される。   The light in the red band and blue band reflected by the dichroic mirror 15 passes through the wavelength selective phase plate 16. The wavelength-selective phase plate 16 acts only on the red band light and rotates its polarization direction by 90 ° to make S-polarized light. The red band light converted into the S-polarized light is reflected by the polarization separation film of the polarization beam splitter 18 (second polarization beam splitter) and enters the liquid crystal panel 19 for red. The red band light converted into the P-polarized light by the liquid crystal panel 19 is transmitted through the polarization beam splitter 18 and the combining prism 22 and then projected onto the projection surface by the projection lens 10. S-polarized light in the red band that has not been converted by the liquid crystal panel 19 is reflected by the polarization separation film of the polarization beam splitter 18 and returned to the light source side.

ダイクロイックミラー15により反射された青帯域の光は、波長選択性位相板16を通過し、偏光ビームスプリッタ18を透過し、青用の液晶パネル21に入射する。青用の液晶パネルに入射後、P偏光からS偏光に変換された光は偏光ビームスプリッタ18を反射後、合成プリズム22を透過し、投射レンズにより投射面に投射される。液晶パネル21により変換されなかったP偏光光は偏光ビームスプリッタ18を透過し、光源側に戻される。   The blue band light reflected by the dichroic mirror 15 passes through the wavelength selective phase plate 16, passes through the polarization beam splitter 18, and enters the blue liquid crystal panel 21. After being incident on the blue liquid crystal panel, the light converted from P-polarized light to S-polarized light is reflected by the polarization beam splitter 18, passes through the combining prism 22, and is projected onto the projection surface by the projection lens. The P-polarized light that has not been converted by the liquid crystal panel 21 passes through the polarization beam splitter 18 and is returned to the light source side.

実施形態1における説明と同様に、液晶パネル20から反射する光線が偏光ビームスプリッタ17の偏光分離膜に入射する角度の変化に応じて、偏光分離特性の変動が生じコントラストを低下させる漏れ光が発生する。   Similar to the description in the first embodiment, the light beam reflected from the liquid crystal panel 20 changes in the polarization separation characteristic according to the change in the angle at which the light beam is incident on the polarization separation film of the polarization beam splitter 17, and leakage light that reduces the contrast is generated. To do.

ここで、明るさに最も寄与する緑波長域の漏れ光に注目すると、実施形態1と同様に光線が通る偏光分離膜の厚みが小さくなる角度変化に対してP偏光の消光比が下がる。液晶パネル20の中心から射出し、照明光学系に最も近い光学面と投射レンズ10の光軸との交点が交わる点に到達する光線の光路をLとする。その光路LとYZ段面の偏光分離膜の膜境界線が成す角度eが45°未満となるように構成している。従って、−Y方向の漏れ光を投射レンズ内部のビネッティングの影響で効果的に遮断できる。以上より、透過率の低い偏光板を偏光ビームスプリッタに出射側に配置することなく、漏れ光を抑えることができるので、投射画像の明るさの低下を抑えつつコントラスト向上させることが可能となる。   Here, when attention is focused on leakage light in the green wavelength region that contributes most to brightness, the extinction ratio of P-polarized light is reduced with respect to an angular change in which the thickness of the polarization separation film through which the light passes is reduced as in the first embodiment. Let L be the optical path of a light beam that exits from the center of the liquid crystal panel 20 and reaches the point where the intersection of the optical surface closest to the illumination optical system and the optical axis of the projection lens 10 intersects. The angle e formed by the optical path L and the film boundary line of the polarization separation film on the YZ step surface is configured to be less than 45 °. Therefore, leakage light in the −Y direction can be effectively blocked by the influence of vignetting inside the projection lens. As described above, leakage light can be suppressed without disposing a polarizing plate having low transmittance on the exit side of the polarizing beam splitter, so that it is possible to improve contrast while suppressing a decrease in brightness of the projected image.

その他の効果として、投射レンズがシフト可能な方向に関して(図9のXY方向)、画像投射装置を小型化することができる。なぜならば、投射レンズの光軸が筐体の内側に配置されるからである。   As another effect, the image projection apparatus can be downsized in the direction in which the projection lens can be shifted (XY direction in FIG. 9). This is because the optical axis of the projection lens is arranged inside the housing.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、光源は直線偏光を出射するレーザー光源であってもよい。また、ダイクロイックミラー15の特性、合成プリズムの特性を変えて、赤帯域の光を透過させ、青帯域、緑帯域の光を透過させてもよい。また、クロスダイクロイックプリズムを用いて、3色の液晶パネルそれぞれに3つの偏光ビームスプリッタを配置させた画像表示装置にも適用することが可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary. For example, the light source may be a laser light source that emits linearly polarized light. Further, the characteristics of the dichroic mirror 15 and the characteristics of the combining prism may be changed to transmit red band light and transmit blue band light and green band light. Further, the present invention can also be applied to an image display device in which three polarization beam splitters are arranged in each of three color liquid crystal panels using a cross dichroic prism.

1 光源
3a 第1のレンズアレイ
3b 第2のレンズアレイ
4 偏光変換素子
5a、5b コンデンサレンズ
6 反射ミラー
7 偏光ビームスプリッタ
8 偏光分離膜
9 反射型液晶表示素子
10 投射レンズ
11 スクリーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 3a 1st lens array 3b 2nd lens array 4 Polarization conversion element 5a, 5b Condenser lens 6 Reflection mirror 7 Polarization beam splitter 8 Polarization separation film 9 Reflection type liquid crystal display element 10 Projection lens 11 Screen

Claims (16)

偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する画像表示素子と、
前記偏光光束を前記画像表示素子に導く照明光学系と、
前記照明光学系と前記画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタと、
記画像表示素子により表示された画像を投射面に投射する投射光学系を取り付ける取り付け部とを有し、
前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の光路と前記偏光分離膜が成す角度が45°未満であることを特徴とする画像表示装置。
An image display element that displays an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
An illumination optical system for guiding the polarized light beam to the image display element;
A polarization beam splitter having a polarization separation film that detects incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the illumination optical system and the image display element;
And a mounting portion for mounting a projection optical system for projecting an image displayed by the previous SL image display device on the projection surface,
An optical surface that exits from the center of the image display element and is closest to the image display element in the projection optical system and the projection in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element An image display device, wherein an angle formed between an optical path of a light beam incident on an intersection with an optical axis of an optical system and the polarization separation film is less than 45 °.
前記偏光分離膜に対して45°を成す線であって前記照明光学系の光軸に平行な線と、前記投射光学系の光軸は一致しないことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The image according to claim 1, wherein a line that forms 45 ° with respect to the polarization separation film and is parallel to the optical axis of the illumination optical system does not coincide with the optical axis of the projection optical system. Display device. 前記偏光ビームスプリッタの屈折率をnとすると、n>1.6である事を特徴とする請求項1または2に記載の画像表示装置。   3. The image display device according to claim 1, wherein n> 1.6, where n is a refractive index of the polarizing beam splitter. 前記照明光学系は、光源側から投射面に向かって順に正レンズ、第1の負のシリンドリカルレンズ、第2の負のシリンドリカルレンズを有し、
前記正レンズと前記第1の負のシリンドリカルレンズは第1の断面において光束を圧縮し、前記正レンズと前記第2の負のシリンドリカルレンズは前記照明光学系の光軸を通り前記第1の断面に直交する第2の断面において光束を圧縮し、前記光束の圧縮率が前記第1の断面と前記第2の断面で異なる事を特徴とする請求項1乃至3いずれか1項に記載の画像表示装置。
The illumination optical system includes a positive lens, a first negative cylindrical lens, and a second negative cylindrical lens in order from the light source side toward the projection surface.
The positive lens and the first negative cylindrical lens compress a light beam in a first cross section, and the positive lens and the second negative cylindrical lens pass through the optical axis of the illumination optical system and the first cross section. The image according to any one of claims 1 to 3, wherein the light beam is compressed in a second cross section orthogonal to the first cross section, and the compressibility of the light beam is different between the first cross section and the second cross section. Display device.
前記画像表示素子に入射する光は、緑の波長帯域の光であることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項に記載の画像表示装置。5. The image display device according to claim 1, wherein the light incident on the image display element is light in a green wavelength band. 6. 偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する第1、第2および第3の画像表示素子と、
前記第1、第2および第3の画像表示素子に前記偏光光束を導く照明光学系と、
前記照明光学系から出射された光を第1の色光と、第2、第3の色光に分離する色分離素子と、
前記色分離素子と前記第1の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する第1の偏光ビームスプリッタと、
前記色分離素子と前記第2および第3の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する第2の偏光ビームスプリッタと、
前記第1、第2および第3の画像表示素子により反射された光を合成する合成素子と、記合成素子により合成された光を投射面に投射する投射光学系を取り付ける取り付け部とを有し、
前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の光路と前記偏光分離膜が成す角度が45°未満であることを特徴とする画像表示装置。
First, second and third image display elements for displaying an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
An illumination optical system for guiding the polarized light flux to the first, second and third image display elements;
A color separation element that separates light emitted from the illumination optical system into first color light and second and third color light;
A first polarization beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the first image display element;
A second polarization beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the second and third image display elements;
The first, organic and synthetic elements for combining the light reflected by the second and third image display elements, and a mounting portion for mounting a projection system that projects the light synthesized by the prior Symbol combining element on the projection surface And
An optical surface that exits from the center of the image display element and is closest to the image display element in the projection optical system and the projection in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element An image display device, wherein an angle formed between an optical path of a light beam incident on an intersection with an optical axis of an optical system and the polarization separation film is less than 45 °.
前記第1の色光は緑の波長帯域の光であることを特徴とする請求項に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 6 , wherein the first color light is light in a green wavelength band. 前記取り付け部に取り付ける投射光学系を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像投射装置。 Image projection apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it has a projection optical system to be attached to the attachment portion. 偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する画像表示素子と、An image display element that displays an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
前記偏光光束を前記画像表示素子に導く照明光学系と、An illumination optical system for guiding the polarized light beam to the image display element;
前記照明光学系と前記画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタと、A polarization beam splitter having a polarization separation film that detects incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the illumination optical system and the image display element;
前記画像表示素子により表示された画像を投射面に投射する投射光学系とを有し、A projection optical system that projects an image displayed by the image display element onto a projection surface;
前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の光路と前記偏光分離膜が成す角度が45°未満となるように、前記投射光学系が配置されていることを特徴とする画像表示装置。An optical surface that exits from the center of the image display element and is closest to the image display element in the projection optical system and the projection in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element An image display device, wherein the projection optical system is arranged such that an angle formed between an optical path of a light beam incident on an intersection with an optical axis of the optical system and the polarization separation film is less than 45 °.
偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する第1、第2および第3の画像表示素子と、First, second and third image display elements for displaying an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
前記第1、第2および第3の画像表示素子に前記偏光光束を導く照明光学系と、An illumination optical system for guiding the polarized light flux to the first, second and third image display elements;
前記照明光学系から出射された光を第1の色光と、第2、第3の色光に分離する色分離素子と、A color separation element that separates light emitted from the illumination optical system into first color light and second and third color light;
前記色分離素子と前記第1の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する第1の偏光ビームスプリッタと、A first polarization beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the first image display element;
前記色分離素子と前記第2および第3の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する第2の偏光ビームスプリッタと、A second polarization beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the second and third image display elements;
前記第1、第2および第3の画像表示素子により反射された光を合成する合成素子と、A combining element that combines the light reflected by the first, second, and third image display elements;
前記合成素子により合成された光を投射面に投射する投射光学系とを有し、A projection optical system that projects light synthesized by the synthesis element onto a projection surface;
前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記第1の画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の光路と前記偏光分離膜が成す角度が45°未満となるように、前記投射光学系が配置されていることを特徴とする画像表示装置。An optical surface that exits from the center of the first image display element and is closest to the image display element in the projection optical system in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element And the projection optical system is arranged such that an angle formed between the optical path of the light beam incident on the intersection of the projection optical system and the optical axis of the projection optical system and the polarization separation film is less than 45 °. apparatus.
偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する画像表示素子と、An image display element that displays an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
前記偏光光束を前記画像表示素子に導く照明光学系と、An illumination optical system for guiding the polarized light beam to the image display element;
前記照明光学系と前記画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタと、A polarization beam splitter having a polarization separation film that detects incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the illumination optical system and the image display element;
前記画像表示素子により表示された画像を投射面に投射する投射光学系を取り付ける取り付け部とを有し、A mounting portion for attaching a projection optical system that projects an image displayed by the image display element onto a projection surface;
前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の前記偏光分離膜からの射出角度が45°より大きくなるように、前記取り付け部が配置されていることを特徴とする画像表示装置。An optical surface that exits from the center of the image display element and is closest to the image display element in the projection optical system and the projection in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element An image display device, wherein the mounting portion is arranged such that an incident angle of a light beam incident on an intersection with an optical axis of an optical system is larger than 45 ° from the polarization separation film.
偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する第1、第2および第3の画像表示素子と、First, second and third image display elements for displaying an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
前記第1、第2および第3の画像表示素子に前記偏光光束を導く照明光学系と、An illumination optical system for guiding the polarized light flux to the first, second and third image display elements;
前記照明光学系から出射された光を第1の色光と、第2、第3の色光に分離する色分離素子と、A color separation element that separates light emitted from the illumination optical system into first color light and second and third color light;
前記色分離素子と前記第1の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する第1の偏光ビームスプリッタと、A first polarization beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the first image display element;
前記色分離素子と前記第2および第3の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する第2の偏光ビームスプリッタと、A second polarization beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the second and third image display elements;
前記第1、第2および第3の画像表示素子により反射された光を合成する合成素子と、A combining element that combines the light reflected by the first, second, and third image display elements;
前記合成素子により合成された光を投射面に投射する投射光学系を取り付ける取り付け部とを有し、A mounting portion for attaching a projection optical system that projects light synthesized by the synthesis element onto a projection surface;
前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記第1の画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の前記偏光分離膜からの射出角度が45°より大きくなるように、前記取り付け部が配置されていることを特徴とする画像表示装置。An optical surface that exits from the center of the first image display element and is closest to the image display element in the projection optical system in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element The image display apparatus is characterized in that the mounting portion is arranged so that an incident angle of light rays incident on an intersection of the projection optical system and the optical axis of the projection optical system is larger than 45 °.
偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する画像表示素子と、An image display element that displays an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
前記偏光光束を前記画像表示素子に導く照明光学系と、An illumination optical system for guiding the polarized light beam to the image display element;
前記照明光学系と前記画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタと、A polarization beam splitter having a polarization separation film that detects incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the illumination optical system and the image display element;
前記画像表示素子により表示された画像を投射面に投射する投射光学系とを有し、A projection optical system that projects an image displayed by the image display element onto a projection surface;
前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の前記偏光分離膜からの射出角度が45°より大きくなるように、前記投射光学系が配置されていることを特徴とする画像表示装置。An optical surface that exits from the center of the image display element and is closest to the image display element in the projection optical system and the projection in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element An image display device, wherein the projection optical system is arranged so that an incident angle of a light beam incident on an intersection with an optical axis of the optical system is larger than 45 °.
偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する第1、第2および第3の画像表示素子と、First, second and third image display elements for displaying an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
前記第1、第2および第3の画像表示素子に前記偏光光束を導く照明光学系と、An illumination optical system for guiding the polarized light flux to the first, second and third image display elements;
前記照明光学系から出射された光を第1の色光と、第2、第3の色光に分離する色分離素子と、A color separation element that separates light emitted from the illumination optical system into first color light and second and third color light;
前記色分離素子と前記第1の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する第1の偏光ビームスプリッタと、A first polarization beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the first image display element;
前記色分離素子と前記第2および第3の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する偏光分離膜を有する第2の偏光ビームスプリッタと、A second polarization beam splitter having a polarization separation film for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the second and third image display elements;
前記第1、第2および第3の画像表示素子により反射された光を合成する合成素子と、A combining element that combines the light reflected by the first, second, and third image display elements;
前記合成素子により合成された光を投射面に投射する投射光学系とを有し、A projection optical system that projects light synthesized by the synthesis element onto a projection surface;
前記偏光分離膜の法線と前記画像表示素子の法線とに平行な断面において、前記第1の画像表示素子の中心から射出し、前記投射光学系内で最も前記画像表示素子に近い光学面と前記投射光学系の光軸との交点に入射する光線の前記偏光分離膜からの射出角度が45°より大きくなるように、前記投射光学系が配置されていることを特徴とする画像表示装置。An optical surface that exits from the center of the first image display element and is closest to the image display element in the projection optical system in a cross section parallel to the normal line of the polarization separation film and the normal line of the image display element And the projection optical system is arranged so that an exit angle of a light beam incident on an intersection of the projection optical system and the optical axis of the projection optical system is larger than 45 °. .
偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する第1、第2および第3の画像表示素子と、First, second and third image display elements for displaying an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
前記第1、第2および第3の画像表示素子に前記偏光光束を導く照明光学系と、An illumination optical system for guiding the polarized light flux to the first, second and third image display elements;
前記照明光学系から出射された光を第1の色光と、第2、第3の色光に分離する色分離素子と、A color separation element that separates light emitted from the illumination optical system into first color light and second and third color light;
前記色分離素子と前記第1の画像表示素子との間に設けられ、S偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する第1の偏光ビームスプリッタと、A first polarizing beam splitter provided between the color separation element and the first image display element, which detects incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light;
前記色分離素子と前記第2および第3の画像表示素子との間に設けられ、S偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する第2の偏光ビームスプリッタと、A second polarization beam splitter provided between the color separation element and the second and third image display elements, which detects incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light;
前記第1、第2および第3の画像表示素子により反射された光を合成する合成素子と、A combining element that combines the light reflected by the first, second, and third image display elements;
前記合成素子により合成された光を投射面に投射する投射光学系を取り付ける取り付け部とを有し、A mounting portion for attaching a projection optical system that projects light synthesized by the synthesis element onto a projection surface;
前記色分離素子の色分離面を含む平面と前記第1および第2偏光ビームスプリッタの偏光分離面を含む平面とが直交するように、前記色分離素子、前記第1及び第2偏光ビームスプリッタが配置された画像表示装置であって、The color separation element, the first and second polarization beam splitters are arranged such that a plane including the color separation surface of the color separation element and a plane including the polarization separation surfaces of the first and second polarization beam splitters are orthogonal to each other. An image display device arranged,
前記第1の色光は前記合成素子により反射されることにより、第2及び第3の色光と合成され、The first color light is reflected by the combining element to be combined with the second and third color lights,
前記第1の偏光ビームスプリッタと前記合成素子とが並ぶ方向において、前記投射光学系の光軸が、前記照明光学系の光軸上の光路を辿った光線の前記合成素子からの射出側光路よりも前記第1の偏光ビームスプリッタ側に位置するように、前記取り付け口が配置されていることを特徴とする画像表示装置。In the direction in which the first polarizing beam splitter and the combining element are aligned, the optical axis of the projection optical system is more than the light path on the emission side from the combining element of the light beam that has followed the optical path on the optical axis of the illumination optical system. The image display apparatus is characterized in that the mounting opening is arranged so as to be positioned on the first polarizing beam splitter side.
偏光光束の偏光状態を制御することにより画像を表示する第1、第2および第3の画像表示素子と、First, second and third image display elements for displaying an image by controlling the polarization state of the polarized light beam;
前記第1、第2および第3の画像表示素子に前記偏光光束を導く照明光学系と、An illumination optical system for guiding the polarized light flux to the first, second and third image display elements;
前記照明光学系から出射された光を第1の色光と、第2、第3の色光に分離する色分離素子と、A color separation element that separates light emitted from the illumination optical system into first color light and second and third color light;
前記色分離素子と前記第1の画像表示素子との間に設けられ、S偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する第1の偏光ビームスプリッタと、A first polarizing beam splitter provided between the color separation element and the first image display element, which detects incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light;
前記色分離素子と前記第2および第3の画像表示素子との間にS偏光を反射、P偏光を透過することにより入射光を検光する第2の偏光ビームスプリッタと、A second polarization beam splitter for detecting incident light by reflecting S-polarized light and transmitting P-polarized light between the color separation element and the second and third image display elements;
前記第1、第2および第3の画像表示素子により反射された光を合成する合成素子と、A combining element that combines the light reflected by the first, second, and third image display elements;
前記合成素子により合成された光を投射面に投射する投射光学系とを有し、A projection optical system that projects light synthesized by the synthesis element onto a projection surface;
前記色分離素子の色分離面を含む平面と前記第1および第2偏光ビームスプリッタの偏光分離面を含む平面とが直交するように、前記色分離素子、前記第1及び第2偏光ビームスプリッタが配置された画像表示装置であって、The color separation element, the first and second polarization beam splitters are arranged such that a plane including the color separation surface of the color separation element and a plane including the polarization separation surfaces of the first and second polarization beam splitters are orthogonal to each other. An image display device arranged,
前記第1の色光は前記合成素子により反射されることにより第2及び第3の色光と合成され、The first color light is reflected by the combining element to be combined with the second and third color lights,
前記第1の偏光ビームスプリッタと前記合成素子とが並ぶ方向において、前記投射光学系の光軸が、前記照明光学系の光軸上の光路を辿った光線の前記合成素子からの射出側光路よりも前記第1の偏光ビームスプリッタ側に位置するよう、前記投射光学系が配置されていることを特徴とする画像表示装置。In the direction in which the first polarization beam splitter and the combining element are aligned, the optical axis of the projection optical system is more than the light path on the emission side from the combining element of the light beam that has followed the optical path on the optical axis of the illumination optical system. And the projection optical system is disposed so as to be positioned on the first polarizing beam splitter side.
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